新冠变异株这么多,为什么是德尔塔最流行?

果壳 / 2021-08-14 19:52:48

能使病毒更具传染性的突变,不能完全解释为何某个毒株会比其他毒株更为流行。



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图片来源 | Pixabay



来源 | Scientific American

作者 | Sara Reardon

翻译 | 许楚楚

编辑 | 戚译引



如果让研究人员预测哪一种新冠变异毒株会席卷世界,他们的首个猜测对象决不会是德尔塔(Delta)变异株。但自 2020 年 12 月首次在印度出现以来,这种高传染性的变异株已成为新冠病毒的主要流行毒株,近期,美国新冠肺炎病例中的 90% 以上均感染了这种毒株。



德尔塔变异株的肆虐让许多国家重新恢复了旅行限制和“口罩令”,而这些限制令曾因疫苗接种率的上升而被双双放宽。尽管疫苗对德尔塔似乎仍然有效,但日益渐增的患病人数增加了已接种疫苗人群发生突破性感染(breakthrough infections)的可能性。而且,目前尚不清楚德尔塔引发的症状是否会比先前流行的毒株更为严重。



不过可以明确的一点是,相较于早期的菌株,德尔塔具有强大的进化优势。美国匹兹堡大学(University of Pittsburgh)的进化生物学家 Vaughn Cooper 对此表示:“德尔塔的增长速度在这次的新冠大流行中是绝无仅有的。”目前,Cooper 正在和其他研究者试图弄清楚这种携带着一系列不同突变的特殊变异毒株为何能获此“成功”。



科学家们认为,病毒得以迅速传播的部分原因可能是由于其极快的自我复制速度。最近的一项研究发现,德尔塔变异株感染者体内的病毒数量(即病毒载量,viral load)平均是原始毒株感染者的 1000 倍左右,这使得他们能够快速感染更多的人。这种变异的优势似乎源于刺突蛋白(S 蛋白,spike protein)的突变组合,发生突变的刺突蛋白作为新冠病毒的一部分,会与人体细胞表面的 ACE2 受体结合,从而允许病毒入侵人体细胞。



此外,科学家们还想知道,德尔塔变异株除了具有更强的传播能力之外,是否还具有能够逃避人体免疫系统的能力。他们发现,德尔塔缺少一种名为 E484K 的突变,这种突变可以帮助其他多个变异株在一定程度上避免被抗体中和。但实验室研究表明,德尔塔中一种名为 L452R 的突变在发挥上述功能时甚至可以表现得更好。



在最近一项尚未在期刊上发表的预印本研究中,来自美国耶鲁大学公共卫生学院(Yale School of Public Health)的流行病学家 Nathan Grubaugh 测试了 18 种不同新冠病毒变种在血浆(即血液中不含血细胞的液体成分)中提取出的血清中发生的反应,其中的实验用血浆取自 40 名已完全接种疫苗的医护人员。研究人员发现,参与者体内的抗体能够很好地中和阿尔法(Alpha)变异株,对德尔塔的中和效果也相当不错。不过,对于携带 E484K 突变的变种,其中和效果则欠佳,例如分别在南非和巴西被首次发现的贝塔(Beta)变异株和伽马(Gamma)变异株。



这一结果令人感到惊讶,因为相较于贝塔或伽马,德尔塔的传播速率明显更为高效。由此可见,尽管 L452R 突变本身能够提高免疫逃逸能力,可实际上携带该突变的德尔塔变异株对此并不那么擅长,这暗示着德尔塔上的特定突变组合赋予了该病毒特有的(高效传播)功能。对此,Grubaugh 表示:“即使我们试图将事情简化,也很难弄清楚哪些突变组合会形成下一个广泛传播的变异毒株”。Grubaugh 还认为,德尔塔的“成功”表明,至少在未接种疫苗的人群中,免疫逃避可能不会给病毒带来与传染性一样强大的进化优势。



但这可能并不适用于所有人群。例如,伽马变异株在巴西传播迅猛,但在全球的其他地区却鲜少流行。一些研究人员猜测,这可能是因为巴西境内的新冠病毒感染率高于其他大部分的国家,导致当伽马出现时,大多数的巴西民众已经能够产生强烈的免疫反应。在这类人群中,逃避免疫系统的能力对于病毒而言是非常有益的。



美国埃默里大学(Emory University)的病毒学家 Mehul Suthar 提出,刺突蛋白上发生的突变数量可能是有限的,过多的突变将使它无法与 ACE2 受体结合。他表示:“传播和复制是病毒的天赋,这项能力与病毒逃避抗体反应的能力之间,处于一个互相势均力敌的位置。”



Suthar 指出,卡帕(Kappa)变异株几乎与德尔塔同时出现在印度,且同样具有与德尔塔相同的大多数突变,以及类似于 E484K 的突变。但是卡帕并未在世界范围内传播,这表明这些突变可能以某种方式相互作用,使病毒在进化上无法很好地适应当前的环境。Suthar 感叹道:“虽然令人惊讶的是,在这场大流行中,最终崭露头角的是德尔塔变异株,但实际上这也让人松了一口气。”



Grubaugh 认为,不太可能再出现重大的刺突蛋白突变。相反,拥有“最佳”突变组合的病毒将获得最强的适应性,在大多数人之间广泛传播,但很难预测这个突变组合到底会是什么。Grubaugh 说:“我认为我们已经很好地掌握了哪些突变需要被格外留意,但这并不一定意味着只要看到这些突变,我们就能够确切地猜测到它们的后续表现形式。”



Cooper 对 Grubaugh 的上述观点予以肯定,他表示:“倘若感染人数居高不下,那么高传染性和逃避抗体的能力组合将很可能会发生进化。这种推论是非常合乎逻辑的。”未接种疫苗的人越多,出现比德尔塔更糟糕的变异株的可能性就越大。



事实上,这种潜在的、噩梦般的病毒在去年就曾出现过:那是一种名为 B.1.620 的变种,首次在非洲被发现。它不仅携带 E484K 突变,还有其它一些或许能增加传播性的刺突蛋白突变。瑞士伯尔尼大学(University of Bern)的遗传学研究员 Emma Hodcroft 说:“单凭这一点,你就会不由自主发出惊叹。”不过,B.1.260 感染者数量很快就下降了。Hodcroft 解释道:“事情没有那么简单。如果携带所有这些突变,就能判定它是最糟糕的病毒了吗?”



美国纽约大学朗格尼医学中心(New York University's Langone Medical Center)的微生物学家 Nathaniel Landau 认为,目前的好消息是,我们有着相对简单的对抗德尔塔的方法,即对疫苗稍加改进,以使其更有效地对抗这种变体。“如果确实出现了一种具有比当前更易逃脱抗体的变异毒株,那就真的需要针对该毒株注射疫苗加强针了。”



不过在此期间,现有的疫苗仍然是防止出现新变异的最佳方法。Suthar 表示:“显而易见,在这些病毒存在的情况下,并不是说我们战胜了德尔塔,就战胜了新冠大流行,还将有其他的变异毒株不断涌现。”Suthar 还补充道,如果接种疫苗的人数过少、病毒的传播无法加以控制,“那就将会出现感染、变异和传播的无限循环。”



参考文献

https://www.scientificamerican.com/article/why-do-variants-such-as-delta-become-dominant1/



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